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INSTALACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES EL CABLADO ELÉCTRICO

Conceptos generales y sistema de alimentación eléctrico Capítul oI

Valores y unidades eléctrica Voltaje eléctrico: Diferencia de potencial eléctrico entre dos o más conductores, necesario para el funcionamiento de equipos o máquinas. Se mide en Voltios. El voltaje industrial es alterno (variable en el tiempo) con frecuencia de 60 Hz, preferentemente trifásico y de 220, 380 ó 440 V. Recibe también el nombre de tensión.

Corriente eléctrica (I) La corriente (flujo de electrones, carga por unidad de tiempo) aparece cuando se conecta un equipo a una fuente de tensión eléctrica. Se mide en Amperios Si el votaje es alterno, la corriente también lo es y de la misma frecuencia. La corriente determina el calentamiento en los conductores y equipos

Impedancia eléctrica (Z) • Es un valor inherente (propio) de los equipos eléctricos. Se mide en Ohm. • La impedancia puede ser resistiva (hornos), inductiva (motores) o capacitiva (condensadores). • El factor de potencia (f.p), es el valor que resulta de dividir la componente resistiva entre la impedancia total. Es el cos .

Frecuencia (f) • Siendo el voltaje industrial alterno, la frecuencia es la cantidad de ciclos por segundo con la que viaja la onda. La forma de onda es sinusoidal. • La frecuencia se mide en Hertz (Hz) o ciclos/s. • En el país 60 Hz, Arequipa 50 Hz • Fuentes de alimentación de diferente frecuencia no entran en paralelo

Formas de ondas de voltaje y corriente alterna

 Potencia eléctrica

• Es la energía por unidad de tiempo, que demandan los equipos eléctricos. • Es la energía por unidad de tiempo, que entregan los generadores eléctricos. • La potencia eléctrica trifásica está dada por: N = 3 x I.V • La potencia aparente (N) está dada en Voltio-Amperio.

• La potencia activa (P), aquella que tiene equivalencia con la energía mecánica, se obtiene multiplicando la potencia aparente por el factor de potencia: P = N x f.p • Se expresa en Watt (vatio) 1000W = 1 kW • 1 hp = 0.746 kW • Cargas resistivas como hornos tienen un f.p = 1

• Motores y otras cargas inductivas, hay que verificar el valor del f.p en la placa del equipo. • La potencia reactiva (Q), se obtiene de: Q = N x sen  • La potencia reactiva puede ser inductiva o capacitiva. • Se expresa en kVAr (inductivos o capacitivos).

Energía eléctrica • Es la potencia demandada por el equipo en un tiempo determinado. • La energía activa se expresa en kW-h y la energía reactiva en kVAr-h. • Las cías. eléctricas cobran la energía consumida y ciertas categorías de tarifa la máxima demanda en kW. • Los kVAr induc. tienen un costo y a veces se compensa su consumo con condensadores.

Alimentación eléctrica • Dependiendo el tamaño de la planta, la alimentación puede ser en A.T., M.T. o B.T. • Las cías. eléctricas son las responsables de la alimentación eléctrica. En Lima se tiene en M.T. 10, 20 ó 22.9 kV. • El 90% es en 10 kV con el devanado del transformador conectado en triángulo.

Sistemas de Alimentación Trifásicos

Denominación según patrones americanos para perfilar el nivel de aislamiento de los cables

WYE (or STAR)

B

C

100 % Insulation Level

(Formerly Grounded System) A B

DELTA

133% Insulation Level

(Formerly Ungrounded System) C

A

• Una planta alimentada en M.T. requiere su propia subestación eléctrica. • La subestación eléctrica considera la celda de transformación y protección en M.T. y B.T. del transformador y cables alimentadores. • La baja tensión se suministra en 220, 380 o 440 V. • Por lo general el devanado secundario está en estrella con el neutro flotante.

• La alimentación trifásica en 220 V es entre líneas y sin neutro. Igualmente la de 440 V. • La alimentación en 380 V por lo general es entre fases; y contra el neutro o tierra hay 220 V. • En una alimentación de este tipo se recomienda poner a tierra el neutro del transformador.

• Esta conexión a tierra se hace en la misma subestación. La tierra de seguridad del cliente es independiente. • Una alimentación en triángulo tiene como ventaja que los fallos monofásicos a tierra, mantienen sin variar la tensión entre líneas, asegurándose la continuidad del suministro. • Este sistema puede traer problemas de sobretensiones.

Medida de magnitudes eléctricas • La potencia se determina a partir de lecturas obtenidas de voltaje y corriente (amperios) • La potencia monofásica en kVA = V.I • La potencia trifásica en kVA = 3 x V.I • La suma fasorial de las potencias individuales de los equipos nos da la potencia total.

• Por lo tanto para determinar la potencia final se necesita conocer el factor de potencia (f.p) de cada equipo o de cada circuito. • De esta manera se determinan los kW y los kVAr individuales. • La sumatoria fasorial de los kW y los kVAr nos dan la potencia final y un nuevo f.p.

Calidad y seguridad de las instalaciones

Capítulo II

Calidad de la instalación • Nos brinda un servicio continuo del flujo eléctrico sin interrumpir los procesos productivos, con una señal de voltaje adecuada. • Diseñada con protección para interrumpir oportunamente el suministro en caso de perturbaciones.

Como conseguir una instalación de calidad? • Un buen cálculo para el dimensionamiento de equipos y materiales. • Adquisición de materiales de calidad, tanto los materiales metrados como los de apoyo. • Contar con herramientas adecuadas. • Hacer un montaje de calidad.

El proyecto eléctrico • Generalidades. • Alcances y normas del proyecto. • Descripción del proyecto. • Cálculos. • Especificaciones técnicas. • Planos y esquemas.

La construcción eléctrica • Plantilla de materiales y metrados. • El presupuesto. • Adquisición de materiales cumpliendo especificaciones técnicas. • Montaje y supervisión. • Pruebas eléctricas. • Puesta en marcha.

METRADO DE MATERIALES ELÉCTRICOS COMPLEMENTARIOS CIRCUITO

CONECTORES TUBULARES

EMPALMES

CINTA 23

CINTA 33+

MASTIC 2228

(unidades)

(unidades)

(Rollos)

(Rollos)

(Rollos)

No. calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre calibre TOTAL

LUBRICANTE CABLE (1/4 galon)

OTROS

Seguridad de la instalación • Brinda protección a las personas contra riesgo eléctrico. • Brinda protección a los equipos y cables eléctricos. • Elimina el riesgo de incendios y propagación del fuego. • Inspira plena confianza para asegurar la continuidad de los procesos.

Como conseguir una instalación segura? • Un buen cálculo para el dimensionamiento de equipos y materiales. • Adquisición de materiales de calidad, tanto los materiales metrados como los de apoyo. • Contar con herramientas adecuadas. • Efectuar un montaje de calidad.

La calidad y seguridad • 100% depende del técnico electricista.

Perfil del instalador eléctrico • Con conocimientos técnicos y dispuesto a capacitarse permanentemente. • Capacidad para trabajar en equipo. • Con mucha autoestima y celo por su trabajo.

Autoestima • Rasgo de la personalidad que nos impulsa a que se nos respete. • Si el objetivo es lograr una instalación segura y de calidad, debemos hacer respetar nuestras decisiones. • La autoestima brinda alegría interior, porque permite cumplir con el objetivo haciéndonos respetar.

El cableado eléctrico Capítulo III

Los cables eléctricos • Nos permiten transportar las señales de tensión y corriente a los equipos eléctricos. • Formados por conductor y aislamiento. • En aplicaciones industriales el conductor es de cobre. • Aislamiento termoplástico, preferentemente PVC, o termoestable como el XLPE

• Cables especiales aislamiento elastomérico con recubrimientos. • Los principales tipos, el NYY, TW, THW, THHN, THWN, XHHW. • El tamaño del conductor se especifica en AWG, kCM o mm2. • Cada calibre tiene un amperaje permisible, en función de la temperatura de operación del cable.

Cables de energía de baja tensión Construcción e industria

Cable THHN To =  90 °C

Cable THW To = 75 °C

Cables de distribución de energía de baja tensión

Cable NYY  To = 80 °C

Selección del cable • Características eléctricas:

• Nivel de voltaje. • Frecuencia. • Número de fases. • Calibre o sección.

Voltajes Normalizados­Sistema USA  (Phase­to­Phase)  

  

   2.5  kV

  92.0  kV                                                         5.0  kV        115.0  kV    Medium          8.7  kV  138.0  kV    Voltage  15.0  kV 161.0  kV  25.0  kV 196.0  kV  34.5  kV 230.0  kV  46.0  kV 287.5  kV  69.0  kV 345.0  kV        Note: Medium Voltage Range = 2001 V - 34.5 kV

SHIELDED POWER CABLE COMPONENTS 1. Conductor 2. Pantalla sobre el conductor 3. Aislamiento 4. & 5. Pant. sob aislam. (4) Semi-conducting Layer (5) Metallic Shield

6. Cubierta

Cables de media tensión

Cable unipolar N2XSY To = 90 °C

Cable tripolar N2XSEY To = 90 °C

Pantalla sobre el aislamiento Pantalla metálica Funciones

  1.

Metallic Shield

Confinar el campo eléctrico dentro del cable

2.

Conseguir una distribución simétrica y radial del campo y esfuerzo eléctrio dentro del aislamiento   3. Limitar radio interference 4. Reducir el riesgo de choque eléctrico 5. Proveer de retorno para la corriente de falla a tierra en caso de falla del aislamiento 6. Proveer en los cables de neutro concéntrico, un camino de retorno al neutro

La pantalla debe de ponerse a tierra !

• Condiciones de Instalación: • Enterrado, en ducto o bandeja, etc. • Temperatura ambiente. • Resistividad térmica. • Número de cables por ducto. • Factor de carga. • Protecciones adicionales.

Determinación del • Tipo de circuito. cable

• Verificación térmica: amperaje y sección de conductor. • Verificación de caída de tensión. • Verificación de resistencia a cortocircuitos: térmica y electrodinámica. • Verificación de pérdidas y sección económica.

Ejemplo de cálculo • Seleccionar cable alimentador y cables derivados que permitan alimentar la siguiente carga: Cargas

Sub T

Pot .  Efic. kW 35 0.85

Compres or Motor

A A

40

0.80

Horno

B

55

1

CosΦ

Dist. m

0.86

20

0.85

20

1

75

Consideraciones: • Caída de voltaje permisible (V) (según CNE, tomo V): • Los alimentadores se dimensionan para V  2.5% (cargas de fuerza, calefacción o alumbrado, o combinación de éstas). • La caída de voltaje total máxima en alimentadores y circuitos derivados V < 4%, al punto más alejado.

• Capacidad de corriente a considerar en el dimensionamiento de circuitos: • Circuito principal o derivado con varias cargas: I =  Ii + 0.25 I1 siendo I1 la corriente nominal del motor mayor. • Circuito derivado de fuerza: 1.25 In siendo In la corriente nominal.

• Selección del tipo de cable: • El tipo de cable se seleciona en función de las características de la instalación: • Medio ambiente (humos, aceites, etc.). • Temperatura de trabajo. • Tipo de carga.

Fórmulas de interés: • Potencia aparente trifásica (N): N = 3 x I.V

en Volt-Amper

• Potencia activa trifásica (P): P = 3 x I.V.cos 

en Watts

• Corriente, en función de la potencia del motor (I ): I=

746 x HP

.V.cos 

en Amperios 3 x

• Donde : • HP = Potencia del motor en caballos de fuerza.   = Eficiencia del motor. • V = Voltaje de alimentación en Voltios • cos  = Factor de potencia del motor

• Impedancia del circuito (Z): Z = R + j.X

en Ohm

• Reactancia inductiva X: X=2fL

en Ohm

• Donde:   = 3.1416 • f = 60 Hz • L = inductancia en mH

• Resistencia eléctrica (R ): R = .L s

en Ohm

• Donde:   = resistividad eléctrica a 20 °C = 0.017241 Ohm-mm2/m • L = Longitud del conductor en m • s = sección del conductor en mm2

• Resistencia a la temperatura de trabajo (Rt), en Ohm. Rt = R ( 1+ 20 . T)

en Ohm

Donde:  20 = coef. de temp. a 20 °C = 0.00393  T = diferencia de temperatura = temperatura de trabajo - 20°C

• Caída de tensión (V): V = 3 x I.L (Rt.cos + Xl.sen)

en Voltios Donde:  3 se considera para circuitos 3 y 2 para circuitos monofásicos. • I = corriente en amperios. • L = longitud del circuito en metros. • Rt = Resistencia del condutor a la temperatura de trabajo en este caso en Ohm/m. • cos = Factor de potencia de la carga. • Xl = Reactancia inductiva del conductor.

Consideraciones: • En circuitos industriales de B.T. podemos despreciar la reactancia inductiva. • Recordemos también que: –

ΔV=V1-V2=V1-(V1-√3IRcosΦ)

–

ΔV=V1-V1+ √3IρL(1+ 20 . T)cosΦ/s

–

ΔV=V. ΔV%

– V. ΔV%= √3IρL(1+ 20 . T)cosΦ/s

Sección del Conductor en función de la caída de voltaje • S=ρ√3(1+ 20 . T). L.I.cosΦ V. V% • Con esta expresión calculamos la sección del conductor para ciertas condiciones dadas

Siguiendo con el ejemplo: • Otros supuestos: • V = 220V • F = 60 Hz • Factor de carga = 100% • Cables seleccionados THW

Cálculo de Corrientes: • Sub Tablero A: I= 746xHP √3xŋxVxCosΦ Ic = 746x35 = 93.7 A √3x0.85x220x0.86 Im = 115.20 A Corriente Total= 93.7+1.25x115.20= 237.7 A

Cálculo de corrientes: • Sub Tablero B I = 55x1000 = 144.34 A √3x 220 20 A

55

CosФ= 0.85 237.70 A

B CosФ= 1 144.34A

Sección Principal: • S=ρ√3(1+ 20 . T). L.I.cosΦ V. V%

 L.I.cosΦ= 20x237.70x0.85 + 75x144.34x1 = 14 866.40 (metro-Amp)

Sección Principal: • S = 0.017241x√3(1+0.00393x45)14 866.4 0.025x220 S = 95 mm2 en calibre AWG el más próximo el 4/0 (107 mm2)

Verificación de caída de tensión en A: • ΔV =

0.017241x √3(1+0.00393x45)LA icosΦ 220 x 107

ΔV = 0.0103 V ΔV % = 1.03%

Sección para tramo AB • S= 0.017241√3(1+0.00393x45)55x144.34 (0.025 – 0.0103)x220

S= 74 mm2 En AWG se selecciona el 3/0 (85 mm2)

Cintas Eléctricas 3M

• Cintas aislantes vinílicas • Cintas para empalmes y terminales - Goma - Silicona - Tela de fibra vidrio - Algodón barnizado • Cintas de sello - Mastic - Mastic de goma - Mastic con soporte de PVC • Cintas de protección contra la corrosión

Cintas Vinílicas • Scotch Super 33+ • Scotch 35 De alta performance

• Temflex 1100 Para trabajo pesado

• Temflex 1700 • Temflex 1600 • Temflex 1000 De uso general

Aplicaciones de la cinta • Aislación eléctrica vinílica – Aislación primaria – Aislación secundaria – Uso interior y exterior • Protección mecánica – Abrasión – Impacto – Cortes – Agrupar – Enchaquetar

• Protección ambiental – Humedad – Corrosión – Químicos

• Codificación por colores

VIDEO CINTAS VINILICAS

Cintas de Goma • Cintas aislantes de alta tensión altamente conformables (130C y 23) • Proveen excelente disipación térmica del calor producido por la corriente de conducción • Característica autofundente provee un sello efectivo contra la humedad y evita posibilidad de burbujas de aire (23 y 130C) • La cinta de goma silicona (70) es autofundente y resistente al traking y arco eléctrico

Aplicaciones de la cinta de goma • Aislación eléctrica primaria para empalmes desde 600v hasta 69kV en cables de aislamiento seco • Ailslación primaria para confección de conos de alivio de esfuerzo en cables hasta 35kV • Enchaquetado en empalmes y terminaciones de media tensión • Sello contra la humedad • Aislamiento de barras de media tensión • Sello de extremos de cables de energía

Cintas Mastic, 2228, 2210, 2229 • Aplicable en un amplio rango de temperatura • Goma formulada con agresiva capacidad adhesiva • Provee buen sello contra la humedad • Provee aislamiento eléctrico • Conformable, puede usarse como relleno • Resistente a los químicos

Aplicaciones del Mastic • Conexiones empernadas y aislamiento de barras de M.T.. • Sello de trifurcación • Conexiones de conductores de señalización, tráfico y alumbrado • Aislamiento en cables aéreos

• Empalmes eléctricos • Conexiones de sistemas de tierra • Sello de extremos de cable • Aislamiento, sello contra la intemperie y la humedad

Cinco Tecnologías 3M para Empalmes de Baja Tensión Goma

Cintas Mastics Productos Termocontraíbles y Autocontraíbles

Resinas

Tecnología Autocontraíble 1. Posicionar el tubo autoncontraíble PST • Diseño de interfaz sobre el cable • 2. Hacer la conexión y desenrrollar el núcleo

• • • •

3. Listo

aplicado en fábrica Reduce tiempo en instalación Tiene una gran variedad de aplicaciones Cubre una gran variedad de rangos de aplicación Sello continuo sin necesidad de adhesivos Permite expansión y contracción

Empalmes Autocontraíbles PST (1kV) para cables unipolares

• EPDM o Goma Silicona • Variedad de tamaños y longitudes • Provee una instalación de calidad - confiabilidad de largo plazo • Elimina preocupaciones de seguridad - No requiere flama ni calor • Cumple los requerimientos de la norma ANSI C119.1 • Fácil de retirar

Empalme Autocontraíble PST (hasta 1kv) para cable tripolar con armadura • Para diferentes calibres – ( #14 AWG -750 kcmil) • Tecnología autocontraíble • Cumple requerimientos de: – CSA NRTL – ANSI C119.1 • Se están desarrollando kits para 5&8 kV • Armorcast proporciona mayor protección mecánica (no está incluido en los kits)

Empalmes para Motores (600v a 8kV), 5300 • Para: 5303 – Cables alimentadores apantallados y no de 1, 5 a 8kV 5K

V

– Goma EPDM 5K

V

– Tecnología autocontraíble – Costo bajo de instalación – Seguro y confiable Con impresión del voltaje (1 y 5 kV) para una fácil identificación – Kits reutilizables

Tecnologías Termocontraíbles ITCSN • Productos para trabajo pesado • Productos de pared delgada • Mantas abiertas • Capuchones • Tubos flexibles • Tubos para aislación de barras • Cubiertas para empalmes

Tecnologías en Resinas • Resinas epóxicas 4C • Resinas de poliuretano 2130C • Para uso en: – – – –

Empalmes Serie 82-A Enchaquetado Encapsulado Sello

3 Suministros Eléctricos • Conectores • Terminalitos & Herramientas • Productos de fijación • Identificación de cables • Aerosoles • Lubricantes para cables • Medidores de temperatura

CONECTORES DE RESORTE • Performance superior O/B+, R/Y+, B/G+

• ScotchlokTM Y, R, G, B

• Herramientas TR-490, TH-450

Aplicaciones de los conectores de resorte • Conexiones de circuitos derivados • Motores & relés • Sistemas de alarma contra fuego • Sistemas de seguridad • Balastros de alumbrado • Ventiladores y paneles

CONECTORES ESPECIALES (30 - 600 V) • Empalmes de la serie DBR y DBY – Directamente enterrados – DBR, DBR-6, DBY, DBY-6, 3570 • Empalmes subterráneos para sistemas de irrigación y alumbrados de jardín

TERMINALITOS & HERRAMIENTAS SCOTCHLOK • Horquilla autotrabada • Horquilla aislada • Anillo aislado • Vástago hembra/macho aislado • Conector tubular aislado • Herramientas tipo alicate y con ratchet

AMARRACABLES • Tableros • Paneles • Cables aéreos aislados • Cableado interno en equipos • Soporte y protección de cables

IDENTIFICACION DE CONDUCTORES Sistemas de identificación ScotchcodeTM • Dispensadores STD • Dispensadores STD-TAG • Dispensadores SLS & SLW • Libros impresos SPB • Marcador SMP

IDENTIFICACION DE CONDUCTORES • Dispensador STD-TAG – Etiquetas para escribir de alta resistencia mecánica – Marcador permanente de tinta indeleble

Aplicaciones • Identificación de alambres y cables de diferentes diámetros • Tableros de distribución • Reparación y reemplazo de partes • Automotriz

AEROSOLES • Limpia contactos Eléctrico (16-101) y Electrónico (16-102) • Barniz Aislante en spray (1602) • Desengrasantes • Limpiadores de uso general • Protección contra la corrosión (16-501 galvanizador en frio)

LUBRICANTES PARA CABLES Lubricantes para tendido de cables: • WL (gel) • WLX (cera) – Climas calurosos

MEDIDORES DE TEMPERATURA (Heat Tracers) ScotchtrakTM Equipos de medición de temperatura a distancia con sensor infrarrojo: • IR-500 • IR-1400 • IR-60EXPL2-2

Aplicaciones del Heat Tracer • Detectar condiciones de sobre temperatura causadas por: – Defectos en interruptores eléctricos – Sobrecargas – Contactos eléctricos deficientes – Balastros defectuosos • Monitoreo de equipos durante un tiempo